G210包南干线公路病害分析与微表处修补研究

2018-02-27周荣学

西部交通科技 2018年12期

周荣学

（广西壮族自治区南丹公路管理局，广西河池 547299）

0 引言

目前沥青路面在已经建成的高等级公路中占有很大的比例。在已建成的沥青路面中，有一些道路的使用状况不尽如人意。一方面，由于我国沥青路面发展较晚，技术尚不够完善；另一方面，由于我国地域辽阔，环境变化范围广，再加上过去数年我国公路上车辆超载现象非常严重以及沥青材料的质量和成本等原因，建成使用中的路面在设计使用年限内就出现了各种严重的早期破坏现象，如车辙、裂缝等，给公路运营后的养护维修造成了很大的负担。

路面状况反映和决定了公路的服役质量和使用寿命，因此，现在的公路建设与养护并重。随着综合国力的提高、基础设施的充分建设，公路的建设将趋于饱和，养护工作十分重要，尤其是预防性养护技术的应用和开发尤为紧迫。在众多代表性的路面养护措施中，薄层路面养护类型主要有石屑封层、热沥青混合料罩面、微表处等，微表处技术是目前沥青路面早期预防性养护的最典型有效的方法（国际上称聚合物改性乳化沥青稀浆封层），其是通过使用专用摊铺车将连续级配粗细集料、填料、乳化沥青、改性剂和水等各种材料依据一定配合比进行拌合摊铺碾压的技术，该养护技术施工速度快、成型快，能够防水并提高路面的摩擦力，在城市道线、高速公路等高等级路面广泛应用，另外其施工成本相对较低，对环境污染小，具有良好的市场应用前景。

微表处技术作为一项重要的预防性养护措施，其性能的提高以及其在施工过程中的质量控制成为了一项仍待深入研究的课题。

1 工程路况调查

1.1 工程概况

国省道干线公路G210线包头至南宁公路K2659＋500～K2700＋500段沥青路面起点位于河池市南丹县城，道路由六寨往水任，终点止于南丹县工业园区附近，为南丹县城进城路段。项目路段路基宽12m，路面宽11m，路线铺筑长度共11km，设计车速60km／h。南丹县气候多样，地区差异和垂直差异明显，具有高原山区的气候特点和变化规律。其特点是气温低、雨量多、光照少、南北气候差异很大，干旱、冰雹、低温、霜冻等灾害性天气出现频繁，局部地区风、涝灾害也常有出现。总的来说是冬寒冷、夏温热，春秋凉爽（春暖迟、秋冷早），霜期较短。南丹县年均降水量1 400mm左右。

1.2 路面病害分析

路段K2659＋500～K262662＋500、K2677＋000～K2678＋500、K2679＋000～K2682＋000、K2687＋000～K2688＋500、K2698＋500～K2700＋500为二级公路，受拉货重车长期超载碾压等影响，沥青路面受损比较严重。现该路段沥青路面出现车辙、纵向或横向裂缝、坑槽等严重病害。当地政府多次向管养部门提出修复要求，以促进城市的美化工程建设。虽然养护单位每年进行日常养护修补，但由于投入的资金较少，仍无法解决目前路面受损严重以致影响行车安全的现状。

1.2.1 路面裂缝

G210国道干线路面全线采用半刚性基层，虽然半刚性基层整体性强，但其原材料为水硬性胶凝材料，会在压实成型之后因温度气候影响而体积收缩，进而会使路面产生反射裂缝。

造成沥青路面网状裂缝有多方面的原因，在行车荷载的长期作用下，沥青路面随着沥青的老化等原因势必会产生疲劳开裂；或者由于路面结构设计不良而造成使用期内承载不够，在长期车载时路面被各类行车压裂。还有一部分原因是因为某些路段重载车辆较多，并且因为管制不严，车辆超载严重，从而导致沥青路面的诸多破坏。

1.2.2 路面车辙

经调查G210线包头至南宁公路K2659＋500～K2700＋500路面也出现了车辙病害，主要是由于夏季高温时，沥青面层在行车荷载的多次作用下产生变形，并逐渐积累成永久变形。车辙的表现是沥青面层行车道轮迹带出现压缩沉陷，同时出现侧向隆起。在长大纵坡路段，无论是上下坡方向，车辆的多次制动和重载车辆的缓慢爬行，都极易引起车辙病害。

车辙产生的原因分为内因和外因。内因包括混合料中各种材料的性能及级配组成：集料要选用质地好、坚硬耐磨的碾碎岩石，且形状接近立方体形最好；沥青用料方面，要选用优质的基质沥青或者聚合物改性沥青，并且要在不同的气候环境下选择合适的等级沥青。考虑混合料的级配，选择嵌挤型级配能够在一定程度上提高沥青混合料的整体强度以及高温抗车辙能力。外因主要包括以下几个方面：重载车的数量与管制；慢速车较多及制动频繁的路段车辙严重；大气温度的骤降与骤升会导致沥青路面的车辙。

1.2.3 水损害

水对沥青路面的损害最为严重，会导致坑槽、松散、翻浆等各种病害，从而使路面表面使用功能受雨水的影响急剧衰减。地表水渗入表层裂缝后，在温度、荷载、地表水的三重耦合作用下，沥青混合料内部结构逐步产生松散和破坏，沥青和集料在静动水压力作用下其黏性会下降，继而导致集料的脱离、局部沥青混合料的松散、路表面出现坑槽。集料会被车轮带走，表现为路面出现坑槽。如果降水渗入并长期滞留在面层之间，行车荷载的重复作用使得沥青混合料中碎石表面的沥青剥落，最终导致表面层产生网裂。

基于之前的研究分析，G210包南干线路面产生水损害的因素主要有沥青胶浆与集料之间的粘附性，混合料的孔隙率、空隙率，当地的环境气候、行车情况等，以及没有按照技术要求施工而导致的面层压实度不够、混合料的混合不均匀等原因。

1.3 路面技术状况评价

本文采用人工实地调查的方法，对G210包南干线路面损坏数据以100m为单位进行调查统计，按照《公路技术状况评定标准》（JTG H20－2007）、《公路沥青路面养护技术规范》（JTJ 073.2－2001）的规定对路面结构强度、路面行驶质量、路面损坏状况指数进行了评价。评价结果如表1所示。

表1 路面使用性能评价结果表

从表1可以看出路面结构强度良好，但路面损伤较严重，必须采用预防性养护措施。预防性养护措施种类众多，通过综合比对，选择应用最为广泛的微表处技术对本项目路段进行中修。

2 微表处修补方案

使用微表处技术的同时，要解决好以下几个问题：改性乳化沥青的质量要满足道路对微表处提出的更高的抵抗车辙、抗磨耗性能的要求；原路面病害的预处理对微表处质量有着重要影响，如何合理有效地处理原路面裂缝、坑槽，避免微表处与原路面粘结不良等。

2.1 高性能微表处

2.1.1 改性乳化沥青

微表处核心技术在于改性乳化沥青，为了提高路面修复效果，本项目采用使用Ingevity（原美德维实伟克）生产的SBR胶乳改性乳化沥青（属于阳离子型聚合物改性乳化沥青），改性剂剂量（改性剂有效成分占纯沥青的质量百分比）＞3.5%。SBR胶乳改性乳化沥青的技术指标如表2所示。

2.1.2 矿料

微表处用集料应坚硬、洁净并有适当级配，以保证微表处耐磨抗滑的优良特性。本项目粗细集料选用辉绿岩，集料的各项性能指标均满足技术要求。

2.2 设计方案

由于微表处只是一个超薄的罩面层，厚度仅为1.0cm左右，因此其效果受原路面状况影响较大，所以为了保证效果，采用的路面结构方案如表3所示。

表2 SBR胶乳改性乳化沥青的技术指标表

表3 路面中修设计方案表

2.3 施工控制

2.3.1 施工前的准备工作

微表处的作用关键基于自身较厚，所以能对工程表面起到较好的防护作用，如防止进水、地面打滑等，但是材料本身不能作为结构层，而仅仅是作为功能层，即保护层或磨耗层。在微表处的施工前，和普通路面施工一样，必须保证工作面的清洁，即必须对原有路面上的杂物，如腐烂的草、花、树枝等，予以清理干净。对于之前路面存在的问题，如网裂、坑槽等，必须注入胶浆以保证强度、刚度等满足技术要求，详见下页表4。

表4 微表处施工的步骤表

当工程路面修补完成后，清除施工过程中的杂物、油污等，并对杂草、路面中松动的材料等进行清理。针对特定的路段，如之前设计较高透水性的路面，只能用高压气进行吹气，而不能用水流。

在施工前，要对施工过程中需要的各类器械设备进行严格的检查、调试，不符合要求规范的设备坚决不能使用，以保证所有的机械都能处于最好的工作状态。在交通方面要进行良好的管制，在保证施工人员安全的同时还能有助于保障采用微表处技术处理后的路用性能。一切准备完成后，在铺筑前，要进行严格的标定，对配合比、施工工艺、施工技术以及指标要精确地确定。施工过程中，针对特点情况要特定分析，保证采用微表处技术之后路面能达到最好的使用效果。

2.3.2 施工步骤

微表处施工技术一般包括施工准备、封闭管制交通、清扫、修补病害、摊铺稀浆混合料、修补局部施工缺陷、碾压、养护、开放交通等步骤，如图1所示。

2.3.3 接缝处理

基于此次G210包南干线路段工程，施工时应特别注意纵向接缝的问题，应尽可能地使纵向接缝位于车道线或者施工缝附近，以减少接缝的数量。摊铺方面，人工摊铺整平就可以满足施工、使用要求。铺筑完成后，在一定的时间段内禁止行人和车辆通行。

图1 微表处施工控制流程图

3 微表处效益分析

3.1 使用效益

原路面经微表处施工后，提高了原有路面的使用性能：微表处作为保护层或者罩层与同步碎石封层结合使用，进一步增强了路面的抗滑和封水效果。经微表处处理之后的路面，抵抗外界雨水侵蚀的能力大大加强，路面的保护能力也随之大大加强。采用微表处技术处理路面病害，符合节能环保的要求，改善了路面性能，延长了路面使用寿命。